Question

15．某同學(xué)通過如圖1所示的裝置進行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗．

（1）本實驗所采用的科學(xué)方法是：C．
A．理想實驗法   B．等效替代法   C．控制變量法   D．建立物理模型法
（2）為了減小誤差，鉤碼的質(zhì)量m應(yīng)遠小于小車的質(zhì)量M（填“遠大于”、“遠小于”或“等于”）；每次改變小車質(zhì)量（或鉤碼質(zhì)量）時，不需要（填“需要”或“不需要”）重新平衡摩擦力．
（3）在保持小車的質(zhì)量M一定時，探究加速度與所受合力的關(guān)系時，由于操作不當(dāng)，該同學(xué)得到的a-F關(guān)系如圖2所示，則其原因可能是平衡摩擦力過度．
（4）圖3為某次實驗得到的紙帶，打點計時器的頻率為50Hz，紙帶上相鄰計數(shù)點間有4個點未畫出，則小車的加速度大小為0.64m/s²．

Answer 1

分析 （1）探究加速度、力與質(zhì)量關(guān)系的實驗采用的研究方法是控制變量法
（2）探究加速度與力的關(guān)系實驗時，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力時，要求小車在無動力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．平衡摩擦力時，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以約掉m，只需要平衡一次摩擦力．
（3）圖2中圖象與縱軸的截距大于0，說明在拉力等于0時，就已經(jīng)有加速度；
（4）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²，結(jié)合作差法，可以求出加速度的大小，從而即可求解．

解答 解：（1）在“探究牛頓第二定律”的實驗時，有三個獨立變量，質(zhì)量、合力、加速度；先控制質(zhì)量m一定，研究加速度a與合力F的關(guān)系；再控制合力F一定，研究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系；即控制變量法，故選：C
（2）在驗證牛頓第二定律的實驗中，認為沙和沙桶的重力為拉小車運動的合力，故應(yīng)該滿足沙和沙桶總質(zhì)量m遠小于小車及其上砝碼總質(zhì)量M，即m＜＜M；
平衡摩擦力時，要求小車在無動力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．平衡摩擦力時，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以約掉m，只需要平衡一次摩擦力，改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力．
（3）當(dāng)F=0時，a≠0．也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學(xué)實驗操作中平衡摩擦力過大，即平衡摩擦力時，長木板的傾角過大了或平衡摩擦力過度
（4）由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s，
根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²，結(jié)合作差法，
則加速度的大小，得$a=\frac{（{x}_{4}^{\;}+{x}_{5}^{\;}+{x}_{6}^{\;}）-（{x}_{1}^{\;}+{x}_{2}^{\;}+{x}_{3}^{\;}）}{9{T}_{\;}^{2}}$=$\frac{（8.97cm+9.61cm+10.25cm）-（7.05cm+7.69cm+8.33cm）}{9×（0.1s）_{\;}^{2}}$=$64cm/{s}_{\;}^{2}=0.64m/{s}_{\;}^{2}$
故答案為：（1）C    （2）遠小于            不需要       （3）平衡摩擦力過度       （4）0.64

點評 只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)的處理都與實驗原理有關(guān)，故要加強對實驗原理的學(xué)習(xí)和掌握，要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習(xí)中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用．